Библиографическое описание:

Шишкин Е. В., Дудкина М. С., Дудкин А. М. Исследование влияния технологических параметров на качество трихлорэтилена, получаемого методом жидкофазного дегидрохлорирования 1,1,2,2-тетрахлорэтана из-вестковым «молоком» // Молодой ученый. — 2013. — №4. — С. 136-138.

Трихлорэтилен — эффективный растворитель для множества органических веществ. Основное производство трихлорэтилена сконцентрировано в России, Румынии и Китае. Производство трихлорэтилена в России в 2012 году составило 15 тыс. тонн. При этом на внутреннее потребление приходится — 34 %, остальное отправляется на экспорт.

Основными потребителями трихлорэтилена на внутреннем рынке являются предприятия-производители капролактама и предприятия машиностроения [1].

Трихлорэтилен получают методом жидкофазного дегидрохлорирования 1,1,2,2-тетрахлорэтана известковым «молоком». Одним из преимуществ этого метода является то, что синтез трихлорэтилена совмещен с процессом его выделения, заключающимся в азеотропной отгонке трихлорэтилена с водяным паром. Однако, образующиеся в процессе синтеза хлорорганические примеси так же отгоняются в виде азеотропных смесей с водой. Это влечет за собой необходимость в дальнейшем проводить энергозатратный процесс двухступенчатой ректификации [2] для очистки трихлорэтилена. С целью упрощения технологической схемы на стадии выделения трихлорэтилена, нами проведено исследование, направленное на поиск возможности снижения количества хлорорганических присей, отгоняемых в процессе синтеза совместно с трихлорэтиленом.

В соответствии с химической схемой дегидрохлорирования тетрахлорэтана известковым «молоком» [2] в реакционной массе, помимо трихлорэтилена, присутствуют: гексахлорэтан, перхлорэтилен и непрорегировавший тетрахлорэтан. Температура кипения азеотропной смеси трихлорэтилен-вода составляет 72,9ºС. Ближайшими по температуре кипения являются азеотропные смеси перхлорэтилен-вода (88ºС) и тетерахлорэтан-вода (94ºС). Температура кипения азеотропной смеси гексахлорэтана с водой намного выше температур кипения других азеотропных смесей и составляет 99ºС, что снижает вероятность его отгонки из реакционной массы, если синтез трихлорэтилена вести при температуре ниже 99ºС. С другой стороны, если температура синтеза трихлорэтилена ниже чем 88ºС, то все хлорорганические примеси должны оставаться в реакционной массе, чему так же способствует наличие в отработанном известковом «молоке» твердого гидроксида кальция, который выступает как адсорбент и позволяет удержать в реакционной массе хлорорганические примеси [3]. В соответствии с ГОСТ 9976–954, количество допускаемых примесей хлорорганических веществ в товарном трихлорэтилене первого сорта не должно превышать 1,5 % масс. Очевидно, что этими примесями могут быть перхлорэтилен и тетрахлорэтан, если процесс синтеза и отгонки трихлорэтилена вести в интервале температур 72–95ºС.

Целью исследования является установление зависимости количества хлорорганических примесей (перхлорэтилена и тетрахлорэтана) в составе трихлорэтилена, отгоняемого на стадии синтеза, от температуры и давления.

Моделирование процесса отгонки трихлорэтилена, перхлорэтилена и тетрахлорэтана из реакционной массы в интервале температур от 72 до 95ºС, при давлении от 0,8 до 1,1 атм проводили с помощью программного комплекса HYSYS.

Процесс моделирования состоит из следующих этапов:

  1. Создание списка компонентов, состоящего из тетрахлорэтана, трихлорэтилена, перхлорэтилена и воды.

  2. Создание пакета свойств. В процессе моделирования был использован пакет свойств UNIQUAC.

  3. Создание материальных потоков и введение состава исходного материального потока, который соответствует материальному балансу производства трихлорэтилена мощностью 15тыс. тонн в год: трихлорэтилен — 1870 кг/ч, перхлорэтилен — 38 кг/ч, тетрахлорэтан — 35 кг/ч, вода — 1000 кг/ч.

  4. Задание параметров потока: температура — 72–95ºС, давление — 0,8–1,1 атм.

  5. Выбор типа аппарата и соединение его с материальными потоками. В процессе моделирования был использован трехфазный сепаратор.

  6. Проведение расчетного исследования, которое заключалось в построении графических зависимостей количества отгоняемых тетрахлорэтана и перхлорэтилена от температуры при заданном давлении.

На рисунке 1 представлены графические зависимости количества отгоняемых перхлорэтилена и тетрахлорэтана из реакционной массы от температуры проведения процесса при атмосферном давлении.

Рис. 1. Зависимости количества отгоняемых хлорорганических примесей (перхлорэтилена и тетрахлорэтана) от температуры проведения процесса (72–95ºС) при атмосферном давлении


Рис 2. Зависимости количества отгоняемых хлорорганических примесей (перхлорэтилена и тетрахлорэтана) от давления (0,8–1,1 атм) при 80ºС


На рисунке 2 представлены графические зависимости количества отгоняемых из реакционной массы перхлорэтилена и тетрахлорэтана от давления при температуре 80ºС.

По графическим зависимостям (рис.1 и рис.2) можно определить процентное содержание примесей в составе трихлорэтилена. Так, например, при атмосферном давлении при температуре 80ºС (рис.1) количество отгоняемого тетрахлорэтана составляет 15 кг/ч, количество перхлорэтилена — 10 кг/ч. Так как количество отгоняемого при всех температурах и давлениях трихлорэтилена равно 1800 кг/ч, то суммарное количество хлорорганических примесей равное 25 кг/ч составляет 1,4 %.

Рассчитанные таким образом значения процентного содержания хлорорганических примесей в составе трихлорэтилена в зависимости от температуры и давления представлены в таблице:

Таблица

Процентное содержание хлорорганических примесей в составе трихлорэтилена в зависимости от температуры и давления

Температура, ºС

72

75

78

80

85

90

95

Давление, 0,8 атм

Содержание хлорорганических примесей, масс. %

1,3

1,6

1,72

1,9

2,4

3,1

3,6

0,9 атм

Содержание хлорорганических примесей, масс. %

0

1,27

1,55

1,66

2,16

2,8

3,4

1 атм

Содержание хлорорганических примесей, масс. %

0

0

1

1,4

2

2,5

3,2

1,1 атм

Содержание хлорорганических примесей, масс. %

0

0

0

1,3

1,72

2,3

2,8


Анализ результатов расчетного исследования, представленных в таблице позволяет сделать следующие выводы:

  1. Повышение температуры проведения процесса при всех исследуемых давлений способствует повышению количества отгоняемых хлорорганических примесей.

  2. Повышение давления способствует снижению хлорорганических примесей. Повышение давления выше атмосферного приводит к незначительному уменьшению количество тетрахлорэтана и перхлорэтилена, отгоняемых из реакционной массы.

  3. Суммарное количество отгоняемых побочных продуктов (перхлорэтилена и тетрахлорэтана) не превышает 1,5 %, если отгонку трихлорэтилена проводить при атмосферном давлении в интервале температур 72–80ºС.

Таким образом, наиболее эффективными параметрами процесса синтеза трихлорэтилена методом жидкофазного дегидрохлорирования 1,1,2,2-тетрахлорэтана известковым «молоком» является температура в интервале 72–80ºС и атмосферное давление. Соблюдение этих параметров приводит к уменьшению количества отгоняемых из реакционной массы тетрахлорэтана и перхлорэтилена до 1,5 %. Это позволяет упростить технологическую схему производства трихлорэтилена за счет исключения стадии двухступенчатой ректификации и получить готовый продукт первого сорта с чистотой трихлорэтилена не менее 98,5 %.


Литература:

  1. Промышленные хлорорганические продукты. Справочник / Под ред. Л. А. Ошина. — М.: Химия, 1978. — 656 с.

  2. Совершенствование технологии производства трихлорэтилена методом жидкофазного дегидрохлорирования 1,1,2,2-тетрахлорэтана / Е. В. Шишкин, М. С. Дудкина // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов, Курск, 2012. — 123–124.

  3. Ускач, Я. Л. Совершенствование технологии получения трихлорэтилена / Я. Л. Ускач, С. Б. Зотов, Ю. В. Попов // Известия ВолгГТУ, Волгоград, 2009. — 93–96 с.





Обсуждение

Социальные комментарии Cackle